會寧縣中川鄉調蓄水池工程濕陷性黃土地基處理方法探討
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摘 要：在黃土（黃土狀土）地區建設蓄水池工程時，及其容易出現黃土自重濕陷、強濕陷而導致黃土結構嚴重變形現象。根據會寧縣中川黃土地貌選用地基處理方法時，應考慮工程地質性質即，黃土的濕陷類型，濕陷強度和工程規范要求;根據地域特征、取材難易程度、施工條件可實現性等，即要求技術過硬又要求經濟可行的綜合比較后予以選用。
關鍵詞：濕陷性黃土;地基處理方法選用;處理方法
中圖分類號：TV223 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0122-02
0 引言
會寧縣中川鄉政府為解決當地人蓄飲水供給困難，提高飲水質量，保證當地生活用水安全可靠，美化當地人們生活環境，在鄉政府以南3km處修建調蓄水池，調蓄水池平面近似橢圓形，南北長125m，東西寬45m，調蓄水池區地表面積11.25×103m2，總容積4.0萬m3，水深約5.0m。按工程規范此蓄水池按建筑物分類：乙級建筑物。
調蓄水池地基受力層為濕陷性黃土，而且具有自重濕陷性。因屬濕陷性，很難在不處理的情況下達到不滲漏、不變形等要求，一定要對濕陷性黃土天然地基進行合理規范處理。因工程地質結構為濕陷性黃土所以地基處理面積基本為全處理，處理方法和措施的選擇關乎蓄水池的存在與運行可能性。此方法工程效益顯著，對當地經濟發展起到一定推動作用，此經驗來源科學合理水利施工規范要示，來源于水利工程人智慧結晶。實地檢驗對地質結構相似的工程地基處理有重要的借鑒和推廣意義。
1 工程地質條件背景
工程區位于隴西黃土高原，區內降水量400～500mm，多集中于7～9三月。這里干旱少雨地區，降雨量少而且蒸發量大，植被覆蓋率非常低，水土流失相當嚴重，地下水較為貧乏，其地下水主要賦存與黃土覆蓋層下的基巖裂隙中。工程區地處西秦嶺構造體系北緣的華家嶺褶皺帶與隴西旋卷構造體系分符合部位，經歷了長期復雜的演變與多次構造運動。
工程區蓄水池場地內出露的地層有第四系各類成因的松散堆積物。現分述如下：
?、偃陆y沖洪積粉質壤土（al-plQ41）：分布于祖厲河Ⅱ級階地上，厚8.0～12.2m，為工程區建筑物的主要地基土。其巖性為中-重粉質壤土，淺黃色-淺黃褐色，土質不均，結構稍密，發育有小孔隙，具水平層理，根據試驗數據計算為濕陷性。根據天然土樣試驗計算結果：地基土體容許承載力特征值fak=120kpa，壓縮模量Es1-2=5.0Mpa，粘聚力標準值C=18.0kpa，內摩擦角φ=19.0°。②沖洪積礫砂土（al-plQ41）：厚3～5m不等，土黃色，含泥量較高，局部含少量礫石，粒徑一般2～10mm，稍密-中密。礫石（2～60mm）的顆粒含量為79.77%，砂土（<2mm）的含量為20.23%;中值粒徑（d50）6.11mm;不均勻系數（Cu）18.2，曲率系數（Cc）3.5。砂礫石允許承載力0.30～0.40Mpa，變形模量30～40Mpa。
2 場地的工程地質問題
2.1 場地的濕陷性
根據場地勘探及室內常規與土粒顆分、抗剪強度、濕陷性試驗分析，勘探深度（8.0～12.2m）內地層巖性均為中、重粉質壤土，淺黃色-淺黃褐色，稍濕，一般厚度大于14.0m，土質均一，發育有小孔隙，具水平層理，弱透水，具中壓縮性，中濕陷性。濕陷下限為5.0m，屬Ⅳ（很嚴重）自重濕陷性場地。勘探點深度內未見地下水，因此可不考慮地下水的影響。
據土體試驗成果，粒徑組成：粉粒占67.3～72.6%，粘粒占17.2～22.3%、砂粒占10.2～12.0%，土按顆粒分類定名為中、重粉質壤土，土按液限和塑性指數分類名稱為低液限粘土（CL）。深度0～11.0m，天然密度1.48～1.75g/cm3，天然含水率10.5～19.5%，孔隙比0.856～1.136，原狀土樣以中壓縮為主，壓縮模量Es=10.1～16.9Mpa，自重濕陷系數0.008 ～0.048，屬自重濕陷性黃土，濕陷系數0.008～0.056，濕陷性中等。特別是0～5m，天然含水率低，中壓縮性，濕陷強烈，滲透性等級弱透水。深度0～5.0m，天然密度大于1.60g/cm3，天然含水率19.4～21.6%，孔隙比0.843～0.856，中壓縮，滲透等級微透水。深度5m以下，無濕陷性。其它試驗指標隨深度增加沒有明顯規律。工程場地土屬黃土狀土，勘探點深度內未見地下水，所以鹽、堿性相對弱，對混凝土結構的腐蝕性、鋼筋的混凝土結構中的鋼筋的腐蝕性等級為微。根據場地試驗指標，計算深度0.0～8.0m，計算得其自重濕陷量△zs=420～561mm，濕陷總量△s=386.5～436.0mm，場地為自重濕陷性場地，濕陷等級屬Ⅲ（嚴重）～Ⅳ（很嚴重）。濕陷深度基本分布在0～11.0m，埋深5m以下為非濕陷。
總體蓄水池場地質結構為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級屬Ⅲ-Ⅳ，天然地基必須采取防濕陷性、防滲透性措施來處理。
2.2 場地濕陷性黃土與工程作用
濕陷黃土在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，受破壞的程度較低，但受水浸濕達到飽和后，在土體自重應力、自重應力與外部附加應力共同作用下，與天然濕度下的性質相反強度會大大降低。當土體中殘余的強度不足以抵抗土體中的結構應力時，土體結構會變化，迅速破壞，失去原有的狀態，會出現嚴重的沉陷。地基沉陷后往往會造成蓄水池結構開裂，蓄水池滲漏，引起場地大面積開裂，下陷，從而引起其他次生危害，進一步加劇黃土地基的濕陷性，引起惡性循環。所以蓄水池工程中的濕陷黃土基礎的施工質量直接影響整個工程。
3 調蓄水池場地地基處理方法合理選擇
一項工程開始，萬丈高樓平地起。地基處理方法直接影響工程安全運行，工程進度、對工程效益起直接推動作用。所以選擇因地制宜的地基處理方法尤為重要。 根據工程特點和地基濕陷性黃土的特性，本著合理工程投資，就地取材、施工技術成熟簡單、縮短施工周期短原則，對地基處理方法做如下篩選：
3.1 預浸水法
為了消除地基土濕陷性，條件具備時，可考慮采用預浸水法進行處理。可全部消除擬建工程場地地基土的濕陷性，由于周邊場地為濕陷性地基土與溝谷，在采用預浸水處理，場地試驗選擇水浸面積較大，用水量非常大。會寧中川地地區干旱嚴重缺水，地表取水根本沒有條件，找水浸水源特別困難。浸水時間和施工工期長，場地及周邊地質結構為黃土狀土濕陷性土。浸水過程可能因濕陷引發側向滲漏邊坡失穩坍塌或沉降等給周圍村鎮生活、公路等安全運行帶來一系列隱患性。按工程施工規范，場地從預浸水至消除濕陷下沉穩定以及土的含水量降低到一定要求，所需要的時間為1年左右。耗時太長對工程投資來考慮不經濟實效。因此，從對周邊環境影響和經濟性方面考慮，不適宜用預浸水進行地基處理。
3.2 強夯法
擬建調蓄水池工程地基可采用整片強夯法進行處理，依據需處理的土層厚度、要求達到的地基強度及變形指標，合理確定強夯地基處理深度。能短期內加固地基，工程施工期短、效果顯著，是當前地基加固經濟實惠方法之一。此方法的弊端是地基土質含水量對加固程度起直接作用，含水量過高采用強夯法出現“橡皮土”或稱“彈簧土”，含水率過高形成翻漿現象。這時應當晾曬降低含水率，在夯擊坑內加入碎石類的粗骨料，繼續夯擊檢測。含水量過低，地粒之間粘度不夠，無法用夯實的作用排出土粒之間孔隙。所以土質最優含水量對強夯法加固基礎很重要。
實用強夯法時，其處理深度有限，黃土層較厚的區域基礎加固達標較困難，對施工技術經驗要求較高，施工過程會對周邊環境有震動影響，考慮強夯處理的震動影響，還需選擇具有代表性的地段先進行試夯或試驗。
3.3 墊層法
土墊層或灰土墊層是水利工程地基處理成熟和普遍使用的方法，此方法缺點在于不能一次性消除基礎下地基全部濕陷量。部分地段基礎仍存在強烈濕陷性。工程區位于隴西黃土高原經濟落后，當地地質構造無石灰產地，需遠距離購買，所需材料采購給施工帶來很多不便，基礎加固得不到很好解決，所以此地不宜采用墊層法處理地基。
3.4 擠密（樁）法
擠密（樁）法具有成熟施工經驗與良好消除濕陷性效果，但擠密法處理深度較淺，工程量大。場地區屬濕陷性黃土需大范圍處理，樁孔需要數量太多而且處理期限沒有限度，從而會加大投資成本。此方法處理地基達到效果目前沒有更好的、一步到位的經驗可鑒見。因此擠密樁法處理此地基不經濟、不適宜、不科學。
3.5 復合墊層法
類比黃土地區已建成的抗旱應急調蓄水池及其他工程經驗。施工中減少征用耕地、減少開挖工程量、充分利用科學新型材料、最大限度減小施工對周邊環境影響等綜合因素考慮，水利工程地基處理方法中，此調蓄池采用復合墊層法。調蓄水池施工過程中按設計整片開挖至設計標高后，采用原土翻夯2.0-2.5m，根據黃土試樣及實試驗數據計算的最優含水率，控制在最優或接近最優含水率下分層回填，分層夯實至設計壓實系數不小于0.97，處理范圍不僅僅限于調蓄池，應大于調蓄池周邊2m，消除地基部分濕陷性，整體防滲漏和連續封閉方面需加強處理，可采用加聚乙烯防滲層，鋪設0.30～0.50m厚的10%水泥土保護層至基礎設計高程，壓實系數不得小于0.97，水泥土墊層厚度，應根據建筑物不同段防滲要求來確定。
在這種地質結構中5種地基處理方法經過比較和篩選，復合墊層法最適合于濕陷性黃土基礎處理，處理結果更優于其他方法。方案實施后，經處理后的地基，經的起檢驗和檢測要求，完全符合檢驗和檢測要求。工程投入使用能夠安全實效的運行。
4 調蓄水池場地地基處理方法的論證
本次結合蓄水池為乙類建筑，消除濕陷性的深度為4.0m，從上述5種處理方法最后找出最適合的復核地基處理方法。
復核地基從施工工藝、施工方法、施工工期及施工費用都要優于其它方法。
5 結語
?。?）濕陷性黃土地基處理方法較多，選用地基處理方法時要因地制宜，應根據工程場地的濕陷強度確定濕陷等級嚴格按工程規范要求下，考慮取材、施工條件現實性，和排除地基存在隱患的徹底性，在科學、技術、經濟多方面綜合比較后擇優選用，以免重工、返工。（2）充分進行實地勘探、鉆探取樣分析場地地基工程地質特的基礎資料，參考、借鑒工程區相似地基處理的經驗。本次結合蓄水池為乙類建筑，消除濕陷性的深度為4.0m，從上述5種處理方法最后找出最適合的復核地基處理方法。
參考文獻
[1] 錢鴻縉，等.濕陷性黃土地基[M].1985.
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